JP2000130375A

JP2000130375A - 回転式圧縮機

Info

Publication number: JP2000130375A
Application number: JP10307368A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Ebara; 俊行江原; Nobuhisa Koumoto; 伸央甲元; Masaya Tadano; 昌也只野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-10-28
Filing date: 1998-10-28
Publication date: 2000-05-12
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: JP3695963B2

Abstract

(57)【要約】【課題】回転式圧縮機の耐熱性向上を目的とし、特に
二酸化炭素を冷媒として用いた回転式圧縮機の信頼性向
上を目的とした。【解決手段】両端開口を閉塞されるシリンダ１４、１
５と、このシリンダ１４、１５内を回転するローラ１
８、１９と、前記ローラ１８、１９に当接することによ
りシリンダ１４、１５と共に圧縮空間５５を形成するベ
ーン２０と、この圧縮空間５５の冷媒吐出側と連通する
圧力室４５、５０と、この圧力室４５、５０と前記圧縮
空間５５を連通するオイル通路５６とを備える回転式圧
縮機において、前記オイル通路５６は、前記シリンダ１
４、１５の冷媒導入口５８閉塞時に、圧縮空間５５の高
圧側に開口する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自然冷媒の内、特
に二酸化炭素（ＣＯ₂）を用いた回転式圧縮機に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍サイクルには、冷媒としてフ
ロン（Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３４ａなど）が一般的に用
いられていた。しかしながら、フロンは大気中に放出さ
れると大きな温暖化効果やオゾン層破壊などの問題を有
している。

【０００３】このため、近年、環境に与える影響の少な
い他の自然冷媒、例えば、酸素（Ｏ ₂）、二酸化炭素
（ＣＯ₂）、ハイドロカーボン（ＨＣ）、アンモニア
（ＮＨ₃）、水（Ｈ₂Ｏ）を冷媒として用いる研究が行わ
れている。

【０００４】これら自然冷媒の内、酸素と水は、回転式
圧縮機に用いても圧力が低くて冷凍サイクルの冷媒とし
ては用いる事ができない。また、アンモニアやハイドロ
カーボンは可燃性であるため、取り扱いが難しい問題が
ある。

【０００５】このため、ＣＯ₂即ち、二酸化炭素を用い
る圧縮機の開発が望まれていた。

【０００６】また、従来では、大別してレシプロ式とロ
ータリ式（回転式）の圧縮機があるが、レシプロ式圧縮
機では騒音や振動の問題がある。

【０００７】従って、二酸化炭素を用いるロータリ式圧
縮機の開発が切望されている。

【０００８】この様な、二酸化炭素を用いた圧縮機は、
特開平１０−１９４０１号公報（Ｆ２５Ｂ９／０６）
に開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、二酸化炭素
を冷媒として用いた場合、冷媒圧力は高圧側で約１５０
ｋｇ／ｃｍ²Ｇにも達し、低圧側では約３０ｋｇ／ｃｍ²
Ｇとなる。

【００１０】この様に、二酸化炭素を冷媒として用いる
冷凍サイクルでは、フロンに比較して冷媒圧力が高い問
題がある。

【００１１】この様に、冷媒圧力が高いと、吐出するガ
ス冷媒の温度が高くなり、オイルの供給が滞ると、回転
式圧縮機の回転圧縮要素が焼き付く恐れがある。

【００１２】本発明はこの様な問題点に鑑みてなされた
もので、回転式圧縮機の耐熱性向上を目的とし、特に二
酸化炭素を冷媒として用いた回転式圧縮機の信頼性向上
を目的とした。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段として、請求項１の発明では、両端開口を閉塞さ
れるシリンダと、このシリンダ内を回転するローラと、
前記ローラに当接することによりシリンダと共に圧縮空
間を形成するベーンと、この圧縮空間の冷媒吐出側と連
通する圧力室と、この圧力室と前記圧縮空間を連通する
オイル通路とを備える回転式圧縮機において、前記オイ
ル通路は、前記シリンダの冷媒導入口閉塞時に、圧縮空
間の高圧側に開口する回転式圧縮機を提供する。

【００１４】このため、圧縮空間に安定してオイルを供
給する事ができ、吐出されるガス冷媒の温度を低下させ
る事ができる。

【００１５】また、請求項２の発明では、前記冷媒は、
二酸化炭素である請求項１記載の回転式圧縮機を提供す
る。

【００１６】この様に、圧縮空間に安定してオイルを供
給する事ができ、吐出されるガス冷媒の温度を低下させ
る事ができるため、冷媒として吐出温度が高温となる二
酸化炭素を用いる事ができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例について
図面を参照して説明する。

【００１８】図１は本発明を具備する２シリンダの回転
式圧縮機の縦断面図、図２は回転圧縮要素の拡大図、図
３は本発明の回転圧縮要素の平面図、図４は本発明の回
転圧縮要素の平面図、図５は本発明を具備する２シリン
ダの回転式圧縮機を用いた冷媒回路図、図６は本発明を
具備する２シリンダの回転式圧縮機を用いた冷媒回路図
におけるモリエル線図である。

【００１９】図１における１は、本発明を具備する２シ
リンダの回転式圧縮機（ロータリ式コンプレッサ）で、
鉄などの金属からなる密閉容器２内の上部に設けられた
電動要素３と、この電動要素３の下方に設けられ、電動
要素３の回転軸４にて回転駆動される回転圧縮要素５と
からなるものである。

【００２０】また、前記密閉容器２は下部をオイル溜２
Ｃとし、前記電動要素３及び回転圧縮要素５を収納する
容器体２Ａと、この容器体２Ａを密閉する密閉蓋２Ｂと
よりなるもので、この密閉蓋２Ｂには前記電動要素３に
電力を供給するためのターミナル端子（配線は省略）６
が取り付けられている。

【００２１】また、電動要素３は、ロータ７及びステー
タ８からなるもので、ロータ７は積層した電磁鋼板から
なる積層体１０の内部に図示しない永久磁石を設けてな
るもので、ステータ８はリング状の電磁鋼板を積層した
積層体１２に巻線１１を取り付けてなるものである。
尚、９はバランサである。この構造は、直流モータと称
するものであるが、積層した電磁鋼板にアルミニウム製
のアルミ芯を挿入してなる交流モータと称するモータを
用いても良い。

【００２２】更には、自動車等のエアコンに用いる場
合、自動車のエンジンなどを駆動源としても良いし、他
の駆動源であっても良い。

【００２３】また、第一及び第二回転圧縮要素５は、プ
レートミドル（中間仕切板）１３と、このプレートミド
ル１３の上下に取り付けられた上下シリンダ１４、１５
と、この上下シリンダ１４、１５内を回転軸４の上下偏
心部１６、１７によって回転する上下ローラ１８、１９
と、上下シリンダ１４、１５の上下の開口を閉塞すると
共に、前記回転軸４の回転を許容するメインフレーム２
２、ベアリングプレート２３と、これらメインフレーム
２２、ベアリングプレート２３、プレートミドル１３、
シリンダ１４、１５、ローラ１８、１９と共に圧縮空間
５５を形成し、この圧縮空間５５を高圧側と低圧側とに
仕切るベーン２０とで構成されている。

【００２４】尚、本実施例では第一回転圧縮要素及び第
二回転圧縮要素を備える２段の回転式圧縮機１である
が、回転圧縮要素５を多数有する多段（３段以上）の回
転式圧縮機であっても良い。

【００２５】更にこれらは、メインフレーム２２、上シ
リンダ１４、プレートミドル１３、下シリンダ１５、ベ
アリングプレート２３の順に配置され、ボルト２４にて
連結されているものである。

【００２６】また、前記回転軸４には、前記回転圧縮要
素５の各摺動部にオイルＡを供給するための給油孔２５
が設けられている。更に、回転軸４の外周面には、この
給油孔２５と連通し、オイルＡをメインフレーム２２、
ベアリングプレート２３の軸受部に導く給油溝２６が形
成されている。更に、前記ベーン２０には前記上下ロー
ラ１８、１９に対して常時付勢するためのスプリングが
設けられている。

【００２７】ここで、潤滑油としてのオイルＡは、鉱物
油（ミネラルオイル）、アルキルベンゼン油、エーテル
油、エステル油など既存のオイルで良い。

【００２８】また、前記上下シリンダ１４、１５には冷
媒を導入する上下導入管２８、２９が設けられていると
共に、冷媒を吐出する上下出口管３０、３１がそれぞれ
設けられている。そして、これら上下導入管２８、２９
及び上下出口管３０、３１には、冷媒配管３２、３３、
３４がそれぞれ接続されている。

【００２９】また、前記回転圧縮要素５のメインフレー
ム２２には、前記上シリンダ１４の圧縮ガスが吐出され
る中間圧力室４５が形成されており、この中間圧力室４
５は、メインフレーム２２と、このメインフレーム２２
の上部に取り付けられる上プレート４６とにより画成さ
れるものである。

【００３０】尚、この上プレート４６は、メインフレー
ム２２の軸受部分に嵌合しているものであり、Ｃリング
４６Ａにて係止されているものである。更に、４６Ｂは
Ｏリングである。

【００３１】また、前記回転圧縮要素５のベアリングプ
レート２３には、前記下シリンダ１５の圧縮ガスが吐出
される高圧力室５０が形成されており、この高圧力室５
０は、ベアリングプレート２３と、このベアリングプレ
ート２３の下部に取り付けられる下プレート５１とによ
り画成されるものである。また、前記高圧力室５０は、
下シリンダ１５の下出口管３１と連通するものである。

【００３２】前記下プレート５１は、ベアリングプレー
ト２３の軸受部分に嵌合しているものであり、Ｃリング
５１Ａにて係止されているものである。更に、５１Ｂは
Ｏリングである。

【００３３】また、前記下シリンダ１５、下ローラ１
９、プレートミドル１３、ベアリングプレート２３とで
第二回転圧縮要素５の圧縮空間５５が形成されており、
前記高圧力室５０と前記圧縮空間５５とはオイル通路５
６にて連通している。

【００３４】このオイル通路５６は、前記高圧力室５０
内にオイルＡを前記圧縮空間５５に戻すオイル戻り穴と
して機能し、前記ベアリングプレート２３の圧縮空間５
５の高圧側に開口しており、以下にこのオイル通路５６
の位置を図３及び図４を参照して説明する。

【００３５】前記ローラ１８、１９と偏心量（シリンダ
中心Ｓとローラ中心Ｔとの距離）の関係が、

【００３６】

【式１】であるとき、図３に示す如く、下ローラ１９が下シリン
ダ１５の冷媒導入口５８を通過した後に、前記下ローラ
１９がオイル通路５６を開放し、ローラ内径（半径）と
偏心量を足した半径を有する円の軌跡より外方で、ベー
ン２０の進退方向の延長線より冷媒吐出口５９側にオイ
ル通路５６を形成する。

【００３７】この条件の範囲は、図３中斜線で示した範
囲である。

【００３８】更に、この条件について詳述すると、先
ず、条件の一つとして、前述した「下ローラ１９が下シ
リンダ１５の冷媒導入口５８を通過した後に、前記下ロ
ーラ１９がオイル通路５６を開放する」という条件があ
げられるが（図中Ｉ−Ｊ曲線）、これは冷媒導入口５８
を通過する前にオイル通路５６を開放すると、冷媒導入
口５８から圧縮前の冷媒（低圧冷媒）が流入しているに
も関わらず、オイル通路５６から高圧のオイルＡと共に
圧縮後の高圧冷媒が流入し、冷媒導入口５８からの冷媒
導入を阻害する事となり吸入効率が悪化するため、この
条件が必要となってくる。

【００３９】次に、「ローラ外径（半径）と偏心量を足
した半径を有する円の軌跡より外方」という条件があげ
られるが（図中Ｉ−Ｋ曲線）、これはオイル通路５６が
ローラ内側空間に連通してしまうと、体積効率が低下す
るため、この条件が必要となってくる。

【００４０】次に、「ベーン２０の高圧側側面の延長線
より冷媒吐出口５９側」という条件があげられるが（図
中Ｊ−Ｋ直線）、これは冷媒導入口５８に近いと、冷媒
導入口５８からの導入直後の冷媒は低圧に近いにも関わ
らず、オイル通路５６から流入する冷媒は高圧であるた
め、圧力差が生じる事となる。従って、リークが生じ易
くなり、圧縮効率の低下を招くものとなるため、この条
件が必要となってくる。尚、点線Ｏはローラ内径の軌跡
で、点線Ｐはローラ外径の軌跡である。次に、前記ロー
ラ１８、１９と偏心量の関係が、

【００４１】

【式２】であるとき、図４に示す如く下ローラ１９が下シリンダ
１５の冷媒導入口５８を通過した後に、前記下ローラ１
９がオイル通路５６を開放し、ローラ外径（半径）から
偏心量を引いた半径を有する円の軌跡より外方で、ベー
ン２０の高圧側側面の延長線より冷媒吐出口５９側にオ
イル通路５６を形成する。

【００４２】この条件は、図４中斜線で示した範囲であ
る。

【００４３】式１の場合の条件と式２の場合の条件と
は、「前記下ローラ１９がオイル通路５６を開放し、ロ
ーラ外径（半径）から偏心量を引いた半径を有する円の
軌跡より外方」という条件のみが異なるため、この条件
について詳述する。

【００４４】この条件は、図中Ｌ−Ｎ曲線で示され、こ
のＬ−Ｎ曲線より中心側では、前記オイル通路５６が常
時下ローラ１９にて閉塞された状態となってしまうた
め、このＬ−Ｎ曲線より外方に位置させる必要がある。
尚、点線Ｑはローラ外径の軌跡で、点線Ｒはローラ内径
の軌跡である。

【００４５】また、図４のＬ−Ｍ曲線は図３のＩ−Ｊ曲
線に対応し、図４のＭ−Ｎ直線は図３のＪ−Ｋ直線にそ
れぞれ対応するものである。

【００４６】尚、オイル通路５６の位置は、上シリンダ
１４及び上ローラ１８の場合も同様に構成して良く、１
シリンダの回転式圧縮機や３段以上の回転式圧縮機も同
様の構成として良い。

【００４７】前記オイル通路５６を、上述した様な各条
件でそれぞれの範囲内に位置させる事により、圧縮空間
５５に安定してオイルＡを供給する事ができ、吐出ガス
温度を低下させる事ができる。

【００４８】従って、特に冷媒として二酸化炭素を用い
た内部低圧、または内部中間圧の回転式圧縮機１であっ
ても、耐熱性を向上させる事ができ、回転式圧縮機１の
信頼性向上を図る事ができる。

【００４９】尚、５２はメインフレーム２２やベアリン
グプレート２３と回転軸４などの間から二酸化炭素ガス
冷媒がリークし、密閉容器２内が高圧となるのを防止す
るための調圧管、５３は中間圧力室４５が所定の圧力以
上になった場合に、高圧力室５０側、即ち下シリンダ１
５の下出口管３１側に圧力をにがすためのバルブ、３５
は密閉容器２を支持するための台座、３６はサクション
マフラである。

【００５０】次に、上述した２シリンダの回転式圧縮機
１の冷媒回路に関して、図５及び図６を参照して説明す
る。

【００５１】この２シリンダの回転式圧縮機１の場合、
回転式圧縮機１の下シリンダ１５にに設けられた下出口
管３１に接続される吐出側冷媒配管３２と凝縮器３７と
が接続されており、この凝縮器３７と冷却器３８とは、
膨張弁３９を介して冷媒配管４０にて接続されている。
また、この冷却器３８と回転式圧縮機１の上シリンダ１
４の上導入管とは、吸込側冷媒配管３３にて接続されて
いる。

【００５２】更に、前記凝縮器３７と膨張弁３９とを接
続する冷媒配管４０には、バイパス膨張弁４１を介して
過冷却器４２と接続するバイパス管４３が設けられてい
る。

【００５３】また、過冷却器４２からの過冷却器冷媒配
管４４は、前記回転式圧縮機１の上シリンダ１４に設け
られた上出口管３０及び下シリンダ１５の下導入管２９
とを接続する接続冷媒配管３４と、前記サクションマフ
ラ３６内で結合されているものである。

【００５４】この接続冷媒配管３４は、前記上出口管３
０と下導入管２９とを接続しているものである。

【００５５】尚、前記過冷却器４２は、二重管にて構成
されるもので、前記バイパス管４３からの冷媒を内側に
流し、前記冷媒配管４０の冷媒が外側を流れるものであ
る。これは、逆に内側を冷媒配管４０とし、外側をバイ
パス管４３としても良い。

【００５６】更には、熱伝導的に接触して設けた構造で
あっても良い。

【００５７】また、前記バイパス管４３と分岐した後の
冷媒配管４０は、前記過冷却器４２に導入され、過冷却
器４２にて、バイパス膨張弁４１後のバイパス管４３と
熱伝導可能に接触して設けられている。この後、前述し
た膨張弁３９に接続されるものである。

【００５８】従って、２シリンダの回転式圧縮機１にて
圧縮され、高温となった二酸化炭素のガス冷媒が、凝縮
器３７にて冷却され、更に前記過冷却器４２で前記バイ
パス管４３と熱交換、即ち放熱した後、膨張弁３９にて
膨張する。この後、冷却器３８に流入し、ここで放熱し
たガス冷媒は、再び吸込側冷媒配管３３から回転式圧縮
機１に戻る事となる。

【００５９】また、凝縮器３７にて凝縮された冷媒の一
部は、バイパス管４３に分流し、バイパス膨張弁４１に
て断熱膨張した後、過冷却器４２にて前記冷媒配管４０
から収熱する。過冷却器４２にて収熱した冷媒は、前記
上シリンダ１４にて高温、高圧となった冷媒と混ざり、
高温、高圧の冷媒を冷却すると共に、下シリンダ１５に
流入する。尚、過冷却器４２にて収熱した後の冷媒は、
前記上シリンダ１４の吐出後の高温、高圧冷媒より低温
である。

【００６０】ここで、図６に示す臨界圧力は、二酸化炭
素冷媒の場合、約７２〜７３ｋｇｆ／ｃｍ²Ｇであり、
この臨界圧力以上、即ち超臨界域では、二酸化炭素冷媒
はガス化しているものである。

【００６１】図６のＡ点は過冷却器４２及び圧縮機の上
シリンダ１４から吐出された冷媒が合流し、下シリンダ
１５に吸い込まれる冷媒で、Ｂ点は下シリンダ１５から
吐出される冷媒である。

【００６２】そして、Ｃ点は凝縮器３７にて凝縮された
後、分流した冷媒で、バイパス膨張弁４１にて断熱膨張
する。Ｄ点はこの断熱膨張して圧力低下し、放熱した冷
媒で、過冷却器４２に流入して、Ｃ点の冷媒をＥ点まで
冷却する。

【００６３】また、Ｅ点の過冷却された冷媒は、膨張弁
３９にて断熱膨張し、Ｆ点の状態となる。この後、Ｇ点
に示す如く、冷却器３８にて収熱して高温となった冷媒
は、上シリンダ１４に流入する。

【００６４】Ｈ点に示す如く、上シリンダ１４にて圧縮
され、高温、高圧となった冷媒は、前述した過冷却器４
２で圧力が低下し、過冷却に使われ、温度上昇した冷媒
（但し、前述した如く、上シリンダ１４の吐出後の高
温、高圧冷媒より低温）と合流し、Ａ点に示す如く、温
度低下した冷媒が回転式圧縮機１に流入する。

【００６５】尚、以上の説明おける内部低圧とした回転
式圧縮機１とは、（密閉容器２内の圧力）＜（上シリン
ダ１４の圧縮空間の平均圧力）＜（下シリンダ１５の圧
縮空間の平均圧力）の圧力関係である回転式圧縮機１で
あり、内部中間圧とした回転式圧縮機１とは、（上シリ
ンダ１４の圧縮空間の平均圧力）＜（密閉容器２内の圧
力）＜（下シリンダ１５の圧縮空間の平均圧力）の圧力
関係である回転式圧縮機１である。

【００６６】また、以上詳述した回転式圧縮機１は、家
庭用エアコン、業務用エアコン（パッケージエアコ
ン）、自動車用エアコン、家庭用冷蔵庫、業務用冷蔵
庫、業務用冷凍庫、業務用冷凍冷蔵庫、ショーケース、
自動販売機、給湯機等に用いるものである。

【００６７】更に、この回転式圧縮機１は１馬力の出力
である。

【００６８】

【発明の効果】以上詳述した如く、請求項１の発明によ
ると、圧縮空間に安定してオイルを供給する事ができ、
吐出されるガス冷媒の温度を低下させる事ができる。

【００６９】従って、回転式圧縮機の耐熱性を向上させ
る事ができ、信頼性の向上を図る事ができるものであ
る。

【００７０】また、請求項２の発明によると、冷媒とし
て二酸化炭素を用いた回転式圧縮機である場合、二酸化
炭素冷媒は通常のフロン冷媒に比較して高温、高圧とな
るため、より有効な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機の
縦断面図である。

【図２】回転圧縮要素の拡大図である。

【図３】本発明の回転圧縮要素の平面図である。

【図４】本発明の回転圧縮要素の平面図である。

【図５】本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機を
用いた冷媒回路図である。

【図６】本発明を具備する２シリンダの回転式圧縮機を
用いた冷媒回路図におけるモリエル線図である。

【符号の説明】

Ｓシリンダ中心Ｔローラ中心１回転式圧縮機２密閉容器５回転圧縮要素１４上シリンダ１５下シリンダ１８上ローラ１９下ローラ２０ベーン５０高圧力室５５圧縮空間５６オイル通路５８冷媒導入口５９冷媒吐出口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両端開口を閉塞されるシリンダと、この
シリンダ内を回転するローラと、前記ローラに当接する
ことによりシリンダと共に圧縮空間を形成するベーン
と、この圧縮空間の冷媒吐出側と連通する圧力室と、こ
の圧力室と前記圧縮空間を連通するオイル通路とを備え
る回転式圧縮機において、前記オイル通路は、前記シリ
ンダの冷媒導入口閉塞時に、圧縮空間の高圧側に開口す
ることを特徴とする回転式圧縮機。
【請求項２】前記冷媒は、二酸化炭素であることを特
徴とする請求項１記載の回転式圧縮機。